Mais séria é a obstrução de um seio venoso da dura-máter, que provoca infarto hemorrágico. Isto porque há estase no território drenado pelo seio, que causa hiperemia passiva, necrose e infiltração hemorrágica, especialmente na substância cinzenta, por ser a mais vascularizada.

Tromboses venosas cerebrais podem ser assépticas ou sépticas.

As assépticas decorrem das causas de trombose estudadas na Patologia Geral (tríade de Virchow):

1. lesão do endotélio, p. ex. em casos de trauma crânio-encefálico (aqui freqüentemente com trombose séptica);
2. lentidão ou turbilhonamento do fluxo, p. ex. na insuficiência cardíaca congestiva;
3. hipercoagulabilidade do sangue, p. ex.:
• na desidratação, especialmente na infância, no verão, por diarréia;
• gravidez e puerpério;
• uso de anticoncepcionais orais;
• doenças hematológicas como anemia falciforme e policitemia;
• estados pós-cirúrgicos com aumento da tromboplastina circulante.

A trombose séptica  (tromboflebite) dos seios venosos da dura-máter é uma complicação de otites médias e mastoidites purulentas, já que pequenas veias que drenam o osso temporal são tributárias do seio transverso. Sinusites frontais ou infecções da pele da face, nariz e lábios podem causar tromboflebite do seio sagital superior ou do seio cavernoso.

A trombose do seio sagital superior é mais freqüentemente asséptica e causa infarto hemorrágico de um ou ambos hemisférios cerebrais nas proximidades do seio. O infarto pode ser assimétrico. O trombo pode organizar-se e recanalizar-se. Se houver sobrevida, o tecido necrótico é reabsorvido, restando cicatriz gliótica ferruginosa. Clinicamente, há mono- ou diplegia crural e aumento da pressão intracraniana.

A trombose do seio cavernoso é geralmente secundária a infecção na região central da face (olhos, nariz ou seios paranasais). Há trombose das veias faciais e oftálmicas, uni-ou bilateral, com intenso edema dos tecidos orbitários, proptose, hemorragias retinianas e paresia dos músculos oculares. O tratamento baseia-se em antibioticoterapia. Pode haver regressão do quadro após a recanalização do trombo.

A trombose da veia de Galeno, do seio reto ou das veias cerebrais internas é rara, mais freqüente em crianças, podendo ser séptica ou asséptica. É sempre fatal. Causa infarto hemorrágico da porção central do cérebro, incluindo os centros semi-ovais (i.e. a substância branca profunda dos hemisférios), núcleos da base e tálamos.